• 제목/요약/키워드: Foundation of wind turbine

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해상풍력타워 석션기초의 설치시 거동에 대한 모형 시험 연구 (Installation of Suction Caisson Foundation for Offshore Wind Turbine : Model Test)

  • 김동준;김수린;추연욱;김동수;이만수
    • 한국지반공학회:학술대회논문집
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    • 한국지반공학회 2010년도 추계 학술발표회
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    • pp.825-839
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    • 2010
  • The global and domestic market for offshore wind farm is expected to grow fast, and the design and installation of substructure and foundation is getting more important. As for the offshore wind farms located in the shallow(depth < 20m) water, the construction and installation of the substructure and foundation makes up about 1/4 ~1/3 of the offshore wind farm construction cost, and the portion is expected to increase because the turbine capacity is increasing from 2 ~ 3MW to 5MW or larger and the water depth of wind farms is also increasing over 30m. As a foundation for offshore wind turbine, the suction caisson foundation is being considered to be a highly competitive alternative to the conventional monopile or gravity based structure, because it has features suitable for the offshore construction such as quick installation, no heavy equipment for penetration and no hammering noise for driving. In order to study the installation behaviour of the suction caisson, laboratory tests were performed with sand. The pore water pressure and displacement were measured to analyze the suction pressure during penetration, the penetration speed and the amount of heaving.

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해양환경하중 및 지반의 불확실성을 고려한 중력식 해상풍력 기초의 신뢰성 해석 (Reliability Analysis of Gravity-based Offshore Wind Turbine Foundation Considering Ocean Environmental Loads and Soil Uncertainty)

  • 이상근;김동현
    • 한국해양공학회지
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    • 제29권5호
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    • pp.359-365
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    • 2015
  • A reliability analysis of the gravity-based foundation of anoffshore wind turbine was performed by considering the uncertainties of the design variables, including environmental loads. The limit state functions of the gravity-based foundation were defined using the response limits of the support structures suggested in the DNV standard. The wind load couldbe obtained using the GH_bladed software, and the wave load was calculated using the Morison equation. Then, the extreme distributions of the wind and wave loads were estimated by applying the peak over threshold (POT) method to the wind and wave load data. The probability distribution characteristics of the soil properties were defined with reference to a southwest coast geotechnical survey report. The reliability index was evaluated for each failure mode using a first-order reliability method.

해상풍력발전용 Foundation에 관한 해외 동향 (The Development of the Foundation of Offshore Wind Turbines)

  • ;박현철
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.290-294
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    • 2008
  • Offshore wind farms will contribute significantly to the renewable generation of electricity for the world. The economic development of wind farms depends, however, on development of efficient solutions to a number of technical issues, one of these being the foundations for the offshore turbines. We review here the results of recent research for wind turbine foundations. Also it is a short overview of some of the challenges facing the growth of offshore wind energy foundation technology.

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5MW급 해상풍력발전시스템용 Suction Caisson 하부구조물 적합성 평가 (An evaluation on suitability of suction caisson foundation for 5MW offshore wind turbine)

  • 김용천;박현철;정진화;권대용;이승민
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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    • pp.183.2-183.2
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    • 2010
  • A three-dimensional numerical modeling using the finite element method for the suction caisson are described to decide suitability as foundation of offshore wind turbine in this paper. In the simulation, soil-structure interaction is defined by comparing experiment data. The reaction of monopod suction caisson is presented by moment loading which was calculated by FAST. Tendency of suction caisson appeared by difference of length and diameter of skirt under coupled loading. Length and diameter of skirt are suggested and evaluated as a offshore wind turbine.

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운전정지 조건에서 5 MW 수평축 풍력터빈 로터의 풍하중 해석 (Wind Loads of 5 MW Horizontal-Axis Wind Turbine Rotor in Parked Condition)

  • 유기완;서윤호
    • 한국풍공학회지
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    • 제22권4호
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    • pp.163-169
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    • 2018
  • 본 연구에서는 운전 정지 상태로 회전하지 않는 수평축 해상 풍력터빈 로터에서 발생하는 풍하중을 풍속, 요 각도, 방위각, 피치 각도를 달리하면서 대기경계층 내에서 작동하는 조건으로 평가하였다. 하중 예측 결과의 검증을 위해 단순화 한 블레이드 형상에 대한 블레이드 요소이론과 단순 계산치를 이용하여 얻어낸 공력 하중을 상호 비교하였으며, 코드와 비틀림 각도가 블레이드 스팬 방향에 따라 변하는 NREL 5 MW급 대형풍력터빈 로터에 대해서는 NREL에서 개발한 FAST 해석 결과와 본 연구의 해석 결과를 비교함으로써 해석 결과의 정확도를 검증하였다. 로터의 하중은 허브 중심을 원점으로 하는 고정된 3축 좌표계에 대해서 힘과 모멘트로 표현되는 6분력 하중으로 나타내었다. 따라서 이 결과는 풍력터빈 시스템의 동적 거동 해석과 로터에서 발생되는 전도 모멘트를 견디기 위해 필요한 지지 구조물의 기초하중 자료로 적용할 수 있다.

해상풍력시스템의 거동 해석을 위한 지반의 연성효과 고려방안 (The Effect of Flexibility for the Offshore Wind Turbine System)

  • 최창호;한진태;조삼덕;장영은
    • 한국지반환경공학회 논문집
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    • 제14권4호
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    • pp.59-66
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    • 2013
  • 현재 해상풍력시스템의 거동 해석은 지반을 고정단으로 가정한 채로 수행하는 것이 일반적이라고 알려져 있다. 지반의 연성이 고려될 경우 해상풍력시스템의 고유 주파수뿐만 아니라 기초구조물 설계를 위한 하중 또한 변화할 것이라고 예상되나, 이에 대한 연구는 아직 미미한 실정이다. 이에 따라, 본 연구는 기초구조물의 연성을 고려하여 시스템 해석을 수행할 경우 시스템의 고유 주파수와 하중의 변화를 살펴보기 위한 목적으로 수행되었다. 해상풍력시스템의 해석을 위하여 풍력발전기 해석프로그램인 GH-Bladed를 활용하였으며, 해석 시에는 coupled spring 모델과 winkler spring 모델을 활용하여 기초구조물의 연성효과를 고려하였다. 해석결과 지반의 연성 고려방안 중 winkler spring 모델을 적용하여 산정한 시스템 1차모드 및 하중이 지반을 고정단으로 가정한 해석결과와 비교하여 감소하는 것을 확인하였으며, 이를 통하여 지반의 연성이 시스템의 거동에 미치는 영향을 관찰하였다.

해상풍력 터빈과 모노파일 하부기초를 연결하는 플랜지 방식 트랜지션 피스의 기본설계 (Basic Design of a Flange Connected Transition Piece between Offshore Wind Turbine and Monopile Foundation)

  • 이강희;박성규;김건호;황태규
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제31권1호
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    • pp.160-168
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    • 2020
  • Depending on the water depth and composition of seabed, there exist different alternatives for the wind turbine supporting structures. Among several types of the structures, the monopile foundation is the dominant solution for support structure, accounting for over 80% of the offshore wind turbines in Europe. To develop the monopile foundation suitable for domestic ocean environment, a basic design of a transition piece was carried out. This paper presents the design procedure of a flange connected transition piece and results of the structural safety assessment.

5MW급 해상풍력발전기 모노파일 기초의 수직도 오차에 따른 거동 분석 (Behavior Analysis by Verticality Error of Monopile Foundation for 5MW Offshore Wind Turbine)

  • 장화섭;김호선;음학진;김만응
    • 대한토목학회논문집
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    • 제32권2C호
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    • pp.61-68
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    • 2012
  • 일반적으로 해양 말뚝기초의 경우 해양 환경적 영향 및 시공상의 오차로 인해 수직도 오차가 필연적으로 발생한다. 해양구조물의 경우 수평하중이 아닌 수직하중에 의해 설계가 지배적이나, 해상풍력발전기 기초의 경우 수평하중이 지배적이며, 블레이드 회전에 의한 동적인 운동을 하는 구조형식으로 수직도 오차가 구조적으로 중요한 영향을 끼칠 수 있다. 이에 본 연구에서는 5MW급 해상풍력발전기 모노파일 기초의 수직도 오차에 따른 기초와 지반의 구조응답 특성을 분석하였다. 해양환경하중은 ISO 기준에 의해 산정하였으며, 수직도 오차 범위는 $L/{\infty}$(=0), L/300, L/200 및 L/100로 선정하였다. 해석결과 수직도 오차가 없는 모노파일에 비해 L/100 오차를 갖는 지반의 부재력 최대 값이 약 7.2%정도 더 증가되는 것으로 분석되었다.

풍력발전기 타워 및 기초 취약부 건전성 모니터링 시스템 개발 (Development of a Health Monitoring System for Critical Parts of Wind Turbine Towers and Foundation Structures)

  • 정재훈;김문옥;박종호;정석용
    • 풍력에너지저널
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    • 제15권2호
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    • pp.23-36
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    • 2024
  • In this study, a health monitoring system was developed for the two most vulnerable parts of a wind tower support structure: the connection between steel towers (L-Flange) and the concrete foundation-steel tower connection. To select assessment parameters for health monitoring, detailed FEM analysis was conducted using the ABAQUS program. Additionally, a testbed was established near the Jeju Woljeongri wind turbine farm to evaluate the applicability of measurement data by installing sensors. Through computational analysis and relevant criteria review, we defined limits for measurement parameters by vulnerable section. We categorized the structural safety evaluation into four stages: normal, caution, warning, and danger, and selected management criteria for each stage. From this, an algorithm to evaluate safety was developed, and a visualized monitoring platform based on the established critical parts monitoring system was developed.

Reliability analysis of laterally loaded piles for an offshore wind turbine support structure using response surface methodology

  • Kim, Sun B.;Yoon, Gil L.;Yi, Jin H.;Lee, Jun H.
    • Wind and Structures
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    • 제21권6호
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    • pp.597-607
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    • 2015
  • With an increasing demand of a renewable energy, new offshore wind turbine farms are being planned in some parts of the world. Foundation installation asks a significant cost of the total budget of offshore wind turbine (OWT) projects. Hence, a cost reduction from foundation parts is a key element when a cost-efficient designing of OWT budget. Mono-piles have been largely used, accounting about 78% of existing OWT foundations, because they are considered as a most economical alternative with a relatively shallow-water, less than 30 m of seawater depth. OWT design standards such as IEC, GL, DNV, API, and Eurocode are being developed in a form of reliability based limit state design method. In this paper, reliability analysis using the response surface method (RSM) and numerical simulation technique for an OWT mono-pile foundation were performed to investigate the sensitivities of mono-pile design parameters, and to find practical implications of RSM reliability analysis.